Aula 05 Tratamento de Agua para Abastecimento ( Dimensionamento e Floculação)

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Prof.ª Juliana Silva Rolim 
 
 
Tratamento de Água para 
Abastecimento 
FLOCULAÇÃO 
FLOCULAÇÃO 
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE 
PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 
FLOCULAÇÃO 
 Definição: É um processo 
físico no qual as partículas 
coloidais são colocadas em 
contato umas com as outras, de 
modo a permitir o aumento do 
seu tamanho, alterando, dessa 
forma, a sua distribuição 
granulométrica. 
FLOCULAÇÃO:OBJETIVO 
COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO 
FLOCULAÇÃO 
MECANISMOS DE TRANSPORTE 
•Floculação Pericinética (Movimento 
Browniano) 
As partículas coloidais apresentam um 
movimento aleatório devido ao seu contínuo 
bombardeamento pelas moléculas de água. A 
energia propulsora da floculação pericinética 
é a energia térmica do fluído. 
•Floculação Ortocinética (Gradientes de 
Velocidade) 
 
As partículas são colocadas em contato 
umas com as outras através do movimento 
do fluído (Presença de gradientes de 
velocidade). 
FLOCULAÇÃO 
MECANISMOS DE TRANSPORTE 
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO 
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO 
FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Processo de Floculação 
Floculadores Hidráulicos 
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA 
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL 
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO 
Dispositivos mecânicos 
 
 
•Agitadores de fluxo radial 
•Agitadores de fluxo axial 
•Agitadores de fluxo radial e axial 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL 
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO 
ETA ALTO DA BOA VISTA 
 
DIMENSIONAMENTO DO FLOCULADOR 
HIDRÁULICO 
Adotado: tempo de floculação T = 20min 
 
Portanto, 
Vol. = Q*T = 0,180 m3/s * 20min * 60s/min 
= 216 m3 
Adotando-se a profundidade do floculador 
H = 4m, 
 A área total será Vol./H = 216 m3 / 4m = 
54m2 . 
5.9.2.1 Dependendo do porte da estação e a critério do 
órgão contratante, não sendo possível proceder aos ensaios 
destinados a determinar o período de detenção adequado,podem 
ser adotados valores entre 20 min e 30 min, para floculadores 
hidráulicos, e entre 30 min e 40 min, para os mecanizados. 
NBR 12216/1992 
5.9.2.2 Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto 
gradiente de velocidade máximo, no primeiro compartimento, 
de 70 s-1 e mínimo, no último, de 10 s-1. 
 
5.9.3 A agitação da água pode ser promovida por meios 
mecânicos ou hidráulicos. 
5.9.6 Nos floculadores hidráulicos, a agitação deve ser 
obtida por meio de chicanas ou outros dispositivos direcionais de 
fluxo que confiram à água movimento horizontal, vertical ou 
helicoidal; a intensidade de agitação resulta da resistência 
hidráulica ao escoamento e é medida pela perda de carga. 
5.9.6.1 A velocidade da água ao longo dos canais deve ficar 
entre 10 cm/s e 30 cm/s. 
 
5.9.6.2 O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 
0,60 m, podendo ser menor, desde que elas sejam dotadas 
de dispositivos para sua fácil remoção. 
5.9.8 Os tanques de floculação devem ser providos de 
descarga com diâmetro mínimo de 150 mm e fundo com 
declividade mínima de 1%, na direção desta. 
 
5.9.9 Os tanques de floculação devem apresentar a 
maior parte da superfície livre exposta, de modo a facilitar o 
exame de processo. 
NBR 12216/1992 
Finalmente, o floculador terá 4 setores de 
mesma área A’= 54m2/4 = 13,5m2. 
 
Estabelecendo-se B = 1,5m, L = A’/B = 
13,5m2 / 1,5m = 9m. 
 
Os espaçamentos (e) entre chicanas foram 
pré-estabelecidos, seguindo a exigência de 
espaçamentos . 
superiores a 0,6m. Foram escolhido 0,7m, 0,8m, 0,9m e 1,0m de 
espaçamentos do primeiro para o quarto setor. 
Cálculo do número de chicanas(nc): nc = L / e 
Tempo de detenção hidráulica médio TDHm = 5min 
(20min/4). 
 
Cálculo das velocidade longitudinais Ve1: 
A área entre cada chicana, a = B*e e = 
espaçamento entre as chicanas De acordo com a 
equação da continuidade, 
Ve1= Q/a As velocidades nas passagens 
Ve2 foram estabelecidas como 2/3 das Ve1 
Cálculo do gradiente hidráulico: 
Sendo hf a perda de carga obtida pela soma 
da perda de carga nas voltas (hp1) e por 
atrito ao longo do escoamento (hp2), 
 dadas por: 
 hp1 = (nc * Ve1 + (nc – 1)*Ve2² ) / 2g 
 
nc : número de chicanas igualmente 
espaçadas 
hp2 = (Ve1* n)2 Lt / 
 n: coeficiente de manning (0,013) 
Lt: comprimento total percorrido pela água 
(Ve1 * TDH) 
Estabelecendo-se hf = hp1 + hp2, 
determina-se o gradiente hidráulico em cada 
setor: Gm = (γhf/μTm)¹/² 
 
 1o Setor : G = 30,6s-1 13 chicanas, 
igualmente espaçadas em e = 0,7m 
Ve1= 0,17m/s e Ve2= 0,11 m/s 
hp1 = 0,027m; 
hp2 = 0,00172m; 
hf =0,029m 
2o Setor: G = 24,9s-1 
11 chicanas, igualmente 
espaçadas em e = 0,8m 
Ve1= 0,15m/s 
Ve2= 0,10 m/s 
hp1 = 0,018m; 
hp2= 0,00103m; 
 hf = 0,019m 
3o Setor: G = 20,5s-1 
10 chicanas, igualmente espaçadas 
em e = 0,9m 
 Ve1= 0,13m/s e Ve2= 0,009 m/s 
hp1= 0,013m; hp2= 0,000652m; 
hf= 0,13m 
4o Setor: 
 G = 17,7s-1 
 9 chicanas, igualmente espaçadas 
em e = 1,0m Ve1= 0,12m/s e 
Ve2= 0,08 m/s hp1 = 0,009m; 
hp2= 0,000436m; hf = 0,10m 
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA 
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL 
•Agitadores de fluxo radial 
•Agitadores de fluxo axial 
•Agitadores de fluxo radial e axial 
Dispositivos mecânicos 
 
 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL 
 Existem diversos tipos de unidades de floculação, neste exemplo 
será considerado o emprego da unidade mecanizada cujo esquema é 
apresentado na Figura . 
Representação esquemática de um 
floculador mecanizado 
Dimensionar a unidade de floculação de uma ETA considerando 
que deve haver no mínimo duas linhas de floculação sendo que 
cada linha possui pelo menos três câmaras em série. 
Os gradientes de velocidade médios de floculação (G), atendendo 
recomendação de norma, variarão de 10 a 70 s-1. 
Adotar um tempo de floculação (Tf) que esteja compreendido 
entre 30 a 40 min. 
Adotar o seguintes dados: 
•Seção da câmara em planta: quadrada 
•Profundidade útil (Pf): 3,0 a 4,5 m 
•Lado da câmara (Lf)= máximo 7,5 m para o tipo de rotor 
considerado neste exemplo 
•Tipo de equipamento:turbina de escoamento axial 
•Tipo de rotor: paletas inclinadas a 45o (Ktb1,4) 
•Diâmetro do rotor (Df) = adotar um valor que satisfaça as relações 
geométricas. 
Distância do rotor ao fundo da câmara (hf)= 1,1 m 
6,60,2 
f
f
D
L
9,37,2 
f
f
D
P
1,19,0 
f
f
D
h
 
 
•Cálculo do tempo de detenção (Td) em uma câmara: 
Td=Tf/n, em que n é o número de câmaras em série 
•Cálculo do volume de 1 câmara: 
V= Q’ x Td. (No caso, Q’=Q/(número de linhas de floculação). 
•Calcular o lado da câmara de floculação (Lf), 
sabendo que ela é quadrada em planta. 
•Relações geométricas a serem obedecidas 
•(para unidades mecanizadas com equipamento do tipo turbina de 
escoamento axial). 
•Gradiente de velocidade médio e rotação 
 
Pu=VG
2 (fazer o cálculo para Gmin=10 s
-1 e Gmáx=70 s
-1) 
 
Pumáx=xVxGmáx
2=____ Nm/s (=0,001 Ns/m2 para a temperatura de 
20o C) 
 
Pumin=xVxGmin
2= ____Nm/s (=0,001 Ns/m2 para a temperatura de 
20o C) 
 
Este cálculo é feito para especificar a potência do motor que será 
utilizado nas unidades de floculação. 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
 ESCOAMENTO RADIAL 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
 ESCOAMENTO RADIAL 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
 ESCOAMENTO AXIAL 
SISTEMAS DE AGITAÇÃO 
 ESCOAMENTO AXIAL 
Comparação entre floculadores hidráulicos 
e mecanizados 
Hidráulicos Mecanizados 
Pouca flexibilidade quanto a 
variação de vazão 
Maior flexibilidade 
Impossibilidade de ajuste do 
gradiente 
Possibilidade de ajuste do 
gradiente 
Perda de carga relativamente 
alta 
Pequena perda de carga 
Menor TDH Maior TDHMenores custos de implantação, 
operação e manutenção 
Maiores custos de implantação, 
operação e manutenção 
Dispensa pessoal qualificado 
para operação e manutenção 
Exige pessoal qualificado para 
operação e manutenção 
MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO 
DE FLOCULAÇÃO 
Agregação 
Ruptura 
Conclusão importante: 
Maiores gradientes formam mais flocos em tempos mais curtos; 
Os melhores resultados são obtidos com gradientes intermediários 
(nem muito altos nem muito baixos) 
Vários gradientes podem fornecer bons resultados, a depender da 
velocidade de sedimentação (TAS do decantador), dosagem de 
coagulante, características da água bruta, entre outros fatores 
A eficiência do processo de coagulação-floculação-sedimentação não é 
diretametne proporcional à dosagem de coagulante empregada 
Gradientes de velocidade escalonados e 
decrescentes de montante para jusante 
– Nas primeiras câmaras a agitação é mais 
intensa, para aumentar a probabilidade de 
contato entre as partículas desestabilizadas, e 
estas formarem flocos 
– Nas câmaras finais são empregados 
gradientes de velocidade menores, para evitar 
a quebra dos flocos inicialmente formados 
 
Escolha do tipo de floculador depende: 
– Tamanho da ETA 
– Existência de pessoal qualificado para 
operação/manutenção 
Após a mistura rápida, o tempo de percurso da 
água coagulada até a unidade de floculação deve 
ser inferior a 1 minuto 
Se tempos forem longos e gradientes baixos, há 
formação de flocos nos canais: sedimentação no 
canal e/ou quebra desses flocos na entrada 
(comporta) da 1ª. câmara de floculação 
Abaixo são apresentadas as causas dos desvios dos modelos de 
escoamentos ideais. 
a) Curtos-circuitos: são caminhos preferenciais percorridos pelas moléculas de 
fluido; 
 
a) b) Zonas mortas ou regiões estagnadas: São regiões do reator 
caracterizadas pela baixa troca de massa e pequena quantidade de 
movimento com regiões adjacentes; 
 
a) c) Recirculação do fluido: retorno das partículas do fluido para o interior do 
reator. 
Muito Obrigada !!!